米仓沟水库除险加固设计方案优化分析

孙科研，王鹤伟

(辽宁省本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)



米仓沟水库除险加固设计方案优化分析

孙科研，王鹤伟

(辽宁省本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)

摘要：米仓沟水库是辽宁省本溪市桓仁地区病险水库中较典型的1座小(Ⅱ)型水库，其作用为防洪、灌溉和水产养殖。文章通过对米仓沟水库目前存在的主要问题、相关计算复核成果以及拦河坝、溢洪道和输水洞3大部分有针对性的除险加固设计进行优化分析论述，对类似水库除险加固工程设计，具有一定的借鉴和参考作用。

关键词：米仓沟水库；除险加固；设计方案；优化；分析

1米仓沟水库工程概况

米仓沟水库是一座以灌溉和养鱼为主，兼顾防洪的水利工程。土坝最大坝高8.0 m，坝长为273.78 m，坝顶宽4.0 m，迎水坡为1:3干砌石护坡，背水坡为1:2.75草皮护坡，坝顶高程为257.40 m。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)规定，水库工程规模属于小(Ⅱ)型水库，工程等级为V等，主要建筑物等级为5级，米仓沟水库原防洪标准：设计标准为20 a一遇洪水标准，校核标准为300 a一遇洪水标准。水库正常蓄水位254.60 m，相应库容10.53 万 m3，死库容1.79 万 m3，水库兴利库容为8.74 万 m3[1]。

2目前存在的主要问题及安全鉴定结果

2.1拦河坝

拦河坝坝顶路面已损毁，防浪墙局部出现裂缝，上游坝坡存在局部破坏及沉陷现象，干砌石护坡破损严重，下游坝坡坡面不规整，杂草、灌木丛生，拦河坝下游坝坡及坝顶路面现状图见图1。

2.2溢洪道

溢洪道导流段底板、边墙，控制段堰体、边墙均破损严重，泄槽段底板已完全损毁、坍塌，泄槽边墙经多年运行，多处出现裂缝、变形现象，溢洪道无消能防冲设施，溢洪道现状图见图2。

图1　拦河坝下游坝坡及坝顶路面现状图

图2　溢洪道现状图

2.3输水洞

输水洞进水管老化、锈蚀严重，吊管启闭机已损坏，启闭塔和工作桥多处混凝土脱落，并出现裂缝、变形现象，现已无法继续使用。吊管启闭塔及工作桥现状图见图3。

图3　吊管启闭塔及工作桥现状图

综上所述，米仓沟水库存在问题较多，已成为Ⅲ类险库，从水库自身安全考虑，水库除险加固工作是十分必要和紧迫的。

3米仓沟水库除险加固设计相关计算复核成果

1)根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，米仓沟水库属小(Ⅱ)型水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级[2]。当水库挡水建筑物的挡水高度<15 m，上下游水头差<10 m时，其防洪标准可按平原区、滨海区的规定确定，即：设计标准为10 a一遇洪水标准，校核标准为20～50 a一遇洪水标准。

由于米仓沟水库最大坝高为8.0 m，上下游水位差5.2 m，故本次水库除险加固设计确定米仓沟水库设计标准为10 a一遇洪水标准，校核标准为20 a一遇洪水标准。

2)拦河坝坝型为黏土心墙坝。根据现场实测：①拦河坝坝长251.18 m，最大坝高8.0 m；②现状坝顶高程257.20～257.40 m，坝顶宽4.0 m，坝顶路面已损毁，坝顶迎水侧防浪墙局部有裂缝，防浪墙顶高程258.40 m；③拦河坝上游坝坡为1∶3，局部有沉陷，干砌石护坡破损严重；④下游坝坡为1∶2.75，坡面杂草、灌木丛生，无护坡、排水设施。

拦河坝坝型为黏土心墙坝，坝底河床属于砂砾冲积层，其深度约为2.5 m，以下均为基岩，故采用黏土心墙防渗方案，将黏土心墙与基岩紧密相连，以达基础防渗的目的。黏土心墙顶宽3 m，心墙顶高程255.90 m。

3)溢洪道工程位于右岸，为开敞式溢洪道，基础座落在岩石地基上，由进口段、控制段、泄槽段组成。

溢洪道进口段长8 m，混凝土底板及浆砌石边墙破损严重。控制段采用宽顶堰结构型式，堰顶高程254.60 m，净宽22 m，堰体损毁严重。泄槽段底板为混凝土底板，经多年运用，现已完全损毁或坍塌；泄槽段边墙为浆砌石墙体，已多处出现裂缝、变形现象。溢洪道无消能防冲设施[3]。

4)输水洞设在距拦河坝左坝端222.75 m处，为坝下埋管式。由进水口、输水洞、出口及出口尾水渠组成。

输水洞进口底高程为253.17 m，采用吊管式取水方式控制，进水管经多年运行，老化、锈蚀严重，吊管启闭机已损坏，启闭塔和工作桥多处出现裂缝、变形现象，现已无法继续使用。

输水洞洞身穿过拦河坝底部，为坝下埋管，管径为0.4 m。

输水洞出口输水管由于老化、锈蚀，局部出现渗漏现象。

4除险加固工程设计

除险加固工程设计包括以下4个方面：

4.1拦河坝除险加固设计

4.1.1防浪墙、坝顶路面

根据顶高程计算结果，现状坝顶高程257.20～257.40 m，与计算坝顶高程257.369 m相差-0.169～0.031 m。原防浪墙顶高程为258.40 m，满足要求。由于校核洪水位及设计洪水为均高于心墙顶高程，防浪墙起到挡水作用，因此需要对防浪墙进行防渗处理，具体方法为：在防浪墙背水侧从坝顶垂直铺设700g/m2复合土工膜与黏土心墙相接防渗，土工膜深入心墙0.5 m，顶高程为257.20 m[4]。

坝顶重新铺设泥结碎石路面，路面宽采用原坝顶宽度4 m，维修上游侧原浆砌石防浪墙，下游侧坝肩设路缘石。在坝顶右侧每隔25 m设置一盏路灯，以备防汛应急时应用。

4.1.2护坡及坝坡整理

拦河坝上游面边坡为1:3，从死水位253.17 m以上设置干砌石护坡，死水位以下为抛石体护脚。其加固处理内容为：

1)上游坡拆除死水位 253.17 m高程以上已破损的干砌石护坡，抛至上游坝脚护脚，重新铺设0.30 m厚的干砌石护坡，下设0.20 m厚的碎石垫层和0.10 m厚的砂垫层。清挖干砌块石40%用于重新铺砌上游面护坡及下游坝坡贴坡排水部分。

2)从253.17 m高程起始向下，利用原干砌石护坡进行抛石护脚。

拦河坝下游面边坡为1∶2.75。其加固处理内容为：

1)对现状边坡进行坝坡整理。

2)坝顶至251.20 m高程设置草皮护坡；水库在正常高水位时下游逸出点高程为249.538 m ，故在251.20 m高程至坝脚地面加设干砌块石贴坡排水。排水体自下而上为的砂砾料粒径分别为(d=0.25～1 mm)厚150 mm、(d=1～5 mm)厚150 mm和(d=5～20 mm)厚250 mm。

4.2溢洪道除险加固设计

在原址对溢洪道拆除重建。新建溢洪道位于大坝右侧，为开敞式正槽溢洪道，由进口段、控制段、泄槽段、消力池、海漫、出水渠组成。

4.2.1进口段

进口段长8 m，采用0.3 m厚的钢筋混凝土衬砌；原导流墙拆除，新建进口导流墙，型式采用毛石混凝土结构。

4.2.2控制段

控制段长6.00 m，控制堰采用钢筋混凝土宽顶堰，堰顶高程为254.60 m，溢流净宽为22.00 m；边墙采用钢筋混凝土挡墙结构，顶高程为257.40 m，顶宽为0.50 m[5]。

4.2.3泄槽段、陡坡段

泄槽段长10.35 m，底宽由22.00 m渐变至10.00 m，底高程由254.60 m渐变至250.30 m；底板采用0.4 m厚的钢筋混凝土衬砌。陡坡段底宽为10.00 m，底高程由250.30 m渐变至245.30 m；基础采用毛石混凝土跌水墙结构型式，坡面铺设0.6 m厚钢筋混凝土面板。两段边墙采用钢筋混凝土挡墙结构，顶宽0.5 m。

4.2.4消力池

消力池消力形式为底流式，池长26 m，为钢筋混凝土结构，底板厚度为0.50 m，底板顶高程为245.30 m。

4.2.5海漫段

海漫段长25.00 m，底宽10.00 m，两岸边坡坡比为1∶2.5，采用0.40 m厚的格宾石笼护坡、护底。

4.2.6出水渠

为了使水流安全下泄，避免淘刷下游坝脚，新建出水渠100 m，渠底宽度10.00 m，两岸边坡坡比为1∶2.5，左岸采用0.30 m厚的干砌石护坡。

4.3对输水洞的处理方案

4.3.1进水口

更换进水管和吊管启闭机，拆除原启闭塔及工作桥，重建启闭塔、工作桥。新建启闭塔平台顶高程257.60 m，与坝顶间以8 m长工作桥连接。

4.3.2出水口

更换出水口输水管。

4.4其它项目的加固方案

4.4.1观测项目设置

由于米仓沟水库控制面积仅9.83 km2，水库集雨面积和库容均较小，故只在坝址处布设一个雨量站和一个水位站(在上游坝坡设置水尺)。

4.4.2管理房

新建管理房一座50m2。

5结语

水库除险加固设计应找出病险问题产生的原因，然后“对症下药、根除险情”。对修建年代较早的水库，应按照现行规范标准、技术要求，对各个要素重新计算复核，对现状虽无明显险情但结构不满足要求的构造物进行加固或重建。在除险加固设计时，应注意病险水库各构造物之间的关联和衔接，优化设计方案。同时，做好对水库的定期维护和持续监测也是十分重要的。

参考文献：

[1]阮建清,刘忠恒,严祖文.基于风险的病险水库除险加固方案优化技术[J].中国水利水电科学研究院学报,2014(01):36-41.

[2]孛永平.小水库除险加固设计方案的选取[J].中国农村水利水电,2012(04)：145-146+149.

[3]孙波.白山头水库除险加固设计及方案优化研究[D].济南：山东大学,2012.

[4]黄继伟.吉子水库大坝除险加固研究[D].昆明：昆明理工大学,2006.

[5]宋晓明.水库大坝除险加固设计及渗流分析[J].水利技术监督,2015(04):56-58.

中图分类号：TV697.3

文献标识码：B

[作者简介]孙科研(1983-)，男，辽宁本溪人，工程师，从事水利水电工程设计工作；王鹤伟(1984-)，男，辽宁本溪人，工程师，从事水利水电工程设计工作。

[收稿日期]2016-01-12

文章编号：1007-7596(2016)03-0049-03